JPS62117370A - Manufacture of double-gate electrostatic induction thyristor - Google Patents
Manufacture of double-gate electrostatic induction thyristorInfo
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- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
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- H01L29/70—Bipolar devices
- H01L29/72—Transistor-type devices, i.e. able to continuously respond to applied control signals
- H01L29/739—Transistor-type devices, i.e. able to continuously respond to applied control signals controlled by field-effect, e.g. bipolar static induction transistors [BSIT]
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- H01L29/7392—Gated diode structures with PN junction gate, e.g. field controlled thyristors (FCTh), static induction thyristors (SITh)
Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の目的〕
(産業上の利用分野)
本発明は、第1ゲートが表面ゲート構造で、第2ゲート
が埋め込みゲート構造を有するダブルゲート静電誘導サ
イリスタ(Double QateS tatic I
nduc口on 7 hyristor、以下DG
SIThy、と略称する)の製造方法に関する。本発明
の製造工程を用いれば、比較的容易にDGSIThy、
を実現することができる。本発明の製造工程により実現
されるDGSIThy、は中、小電力を非常に高速、高
効率で直交変換できる。[Detailed Description of the Invention] [Object of the Invention] (Industrial Application Field) The present invention relates to a double gate electrostatic induction thyristor (Double QateS) in which a first gate has a surface gate structure and a second gate has a buried gate structure. tatic I
nduc mouth on 7 hyristor, hereinafter DG
SIThy). By using the manufacturing process of the present invention, DGSIThy,
can be realized. The DGSI Thy realized by the manufacturing process of the present invention can perform orthogonal conversion of medium to small power at very high speed and with high efficiency.
[従来の技術]
従来、ゲート・ターン・オフサイリスタ(Gate T
urn off丁hyristor、以下GTOと略称
覆る)や静電誘導サイリスタ(S tatic I n
duction T hyristor、以下5IT
hy、と略称する)において、ターン・オフ速度を向上
させるために、アノード・エミッタ短絡構造や金拡散あ
るいは重金属拡散によるライフタイム制御等が広く行わ
れている。[Prior art] Conventionally, gate turn-off thyristors (Gate T
urn off thyristor (hereinafter abbreviated as GTO) and static induction thyristor (static induction thyristor)
duction T hyristor, hereinafter 5 IT
In order to improve the turn-off speed, lifetime control using an anode-emitter short-circuit structure, gold diffusion, or heavy metal diffusion is widely used.
一方、上記の方法より6更にスイッチング速度が速い上
にAン電JtJ低くなるダIルゲート形5IThy、が
木願発明者によって既に提案され、特許第111565
6号[静電誘導型サイリスタ」及び特許第108907
4号[静電誘導サイリスタの製造方法」に開示されてお
り、その構造及び製造方法が提案されている。前記特許
第1115656−54には、第1ゲート及び第2ゲー
トが平面ゲート、第1ゲートが平面ゲートで第2ゲート
が埋め込みゲート、第1ゲート及び第2ゲートが埋め込
みゲート、第1ゲートが埋め込みゲートで第2ゲートが
平面ゲートで構成されるDGSIThy、の構造例が提
案されている。又、特許第1115656号及び特許第
108907’1号にその製造方法が提案されている。On the other hand, the dual gate type 5IThy, which has a switching speed even faster than the above method and has a lower A current JtJ, has already been proposed by the inventor Kiwan, and has been published in Japanese Patent No. 111565.
No. 6 [Electrostatic Induction Thyristor] and Patent No. 108907
No. 4 [Method for manufacturing electrostatic induction thyristor], the structure and manufacturing method thereof are proposed. Patent No. 1115656-54 discloses that the first gate and the second gate are planar gates, the first gate is a planar gate and the second gate is a buried gate, the first gate and the second gate are buried gates, and the first gate is a buried gate. A structural example of DGSI Thy has been proposed in which the second gate is a planar gate. Moreover, the manufacturing method thereof is proposed in Japanese Patent No. 1115656 and Japanese Patent No. 108907'1.
基板には高抵抗基板を使用し、化学あるいは機械研磨し
て厚さ30〜100μ−程度にする工程が含まれる。又
、第1ゲート及び第2ゲートから電極を取るために、基
板両面からの1ツチングや、非常に深いエツチング等が
必要となる。又、基板両面から制御電極を取り出す構造
のD G S r T hy、の製造工程では、基板両
面からのマスク工程が必要となる。A high-resistance substrate is used as the substrate, and a process of chemically or mechanically polishing it to a thickness of about 30 to 100 microns is included. Furthermore, in order to remove the electrodes from the first and second gates, etching from both sides of the substrate or very deep etching is required. Furthermore, in the manufacturing process of DGSrThy, which has a structure in which control electrodes are taken out from both sides of the substrate, a masking process from both sides of the substrate is required.
[発明が解決しようとする問題点]
DGSIThy、は、4端子素子であるので、そのM4
造及び製造方法が複雑になる。前記特許第111565
6号及び特許第1089074号に示されている製造方
法は、いずれも高抵抗基板を使用していて、化学あるい
は機械研磨して厚さ30〜100μl程度にする工程が
含まれるため、大口径ウェハを使用する場合、取り扱い
が非常に難しい。又、第1ゲート及び第2ゲートから電
極を取るために半導体基板両面からのシリコンエツチン
グ又は、比較的浅いシリコンエツチングと比較的深いシ
リコンエツチング又は半導体基板を数十μm残しての深
いシリコンエツチング等のエツヂング工程を行なわなけ
ればならない。更に、半導体基板の両面から制御電極を
取る構造では両面からのマスク工程を施さなければなら
ないため、つ8丁ハの取り扱いや製造■稈十バツクージ
等に難点がある。[Problem to be solved by the invention] Since DGSIThy is a 4-terminal element, its M4
The structure and manufacturing method become complicated. Said patent No. 111565
The manufacturing methods shown in No. 6 and Patent No. 1089074 both use a high-resistance substrate and include a process of chemical or mechanical polishing to a thickness of about 30 to 100 μl, so they cannot be used with large-diameter wafers. It is very difficult to handle when using. In addition, in order to remove electrodes from the first and second gates, silicon etching from both sides of the semiconductor substrate, relatively shallow silicon etching and relatively deep silicon etching, or deep silicon etching with several tens of micrometers of the semiconductor substrate left, etc. An etching process must be performed. Furthermore, in the structure in which control electrodes are taken from both sides of the semiconductor substrate, masking processes must be performed from both sides, which poses difficulties in handling and manufacturing.
[問題点を解決りるための・1段1
本発明は、第1ゲー1へが甲面ゲート構造で、第2ゲー
トが埋め込みゲート構造で構成され、両ゲート電極が、
゛lt−導体基体の一方の面から取り出せる構造のDG
SIrhV、の製造方法を1聞供するもので、これまで
に本構造の製造工程に関する提案はない。本wJ造工程
はp″一基板を使用しマスク工程は全て一方の而から施
し、2度のエピタキシ1アル成長を行ない、アノード−
第2ゲート間、第1ゲート−第2ゲート間の領域を形成
し、2つの制御電極を取り出すために必要なシリコンエ
ツチングの]、稈′b1回でよい。[To solve the problem - 1 stage 1] In the present invention, the first gate 1 has a top gate structure, the second gate has a buried gate structure, and both gate electrodes are
DG with a structure that can be taken out from one side of the conductor base
This paper provides a method for manufacturing SIrhV, and there have been no proposals regarding the manufacturing process for this structure so far. This WJ fabrication process uses a p'' substrate, all mask processes are performed from one side, epitaxial growth is performed twice, and the anode
The silicon etching required to form the region between the second gates and between the first gate and the second gate and take out the two control electrodes may be performed only once.
このため、前述した製造−にの回能が解決され、比較的
容易にDGSIThy、が製作できる。Therefore, the above-mentioned manufacturing process is solved, and the DGSI Thy can be manufactured relatively easily.
本発明による製造■稈で実現される1)GSIT hy
、は、第1ゲートが平面グー1へ、第2ゲートが埋め込
みゲートである!こめ、取り扱える電力としては耐圧的
には600v〜1000V稈−8一
度、電流的には100A以下といった中小電力用途であ
るが、従来の単一ゲート静電誘導サイリスタに比ベスイ
ッヂング速度が非常に速くなり、又順方向電圧降下が更
に低下したものとなる。Production according to the present invention ■ 1) GSIT hy realized by culm
, the first gate goes to the plane Goo 1 and the second gate goes to the buried gate! Therefore, it can handle small to medium power applications such as 600V to 1000V in terms of withstand voltage and 100A or less in terms of current, but the switching speed is extremely fast compared to conventional single gate electrostatic induction thyristors. , and the forward voltage drop is further reduced.
[実施例] 以下、図面を参照して本発明の詳細な説明する。[Example] Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
第1図(a )乃至第1図((1>は本発明のDGS[
Thy、の製造方法を示す断面図である。FIG. 1(a) to FIG. 1 ((1> is the DGS of the present invention [
It is a sectional view showing a manufacturing method of Thy.
基板には、面方位(111)のp+シリコンウェハ10
を用いる。p+シリコンウェハ10はp+アノード領域
を形成するので、抵抗率はできるだけ低い方がよい。The substrate is a p+ silicon wafer 10 with a (111) orientation.
Use. Since the p+ silicon wafer 10 forms the p+ anode region, the resistivity should be as low as possible.
次に第1図<a >に示ずようにp+シリコンウェハ1
0上に、例えば抵抗率ρ=7o、4Ωcm稈度、厚さが
12.5μl程疫のp(p)形エピタキシャル層11を
形成する。p(p−)形エピタキシャル層11の抵抗率
ρと厚さは、本発明のDGSrThy、の第2ゲート−
アノ一ド間の設i1耐圧値や素子の特+1により決定さ
れる。Next, as shown in FIG. 1<a>, a p+ silicon wafer 1 is
For example, a p (p) type epitaxial layer 11 having a resistivity ρ=7o, a culmability of 4 Ωcm, and a thickness of about 12.5 μl is formed on the substrate 0. The resistivity ρ and the thickness of the p(p-) type epitaxial layer 11 are the same as those of the second gate of the DGSrThy of the present invention.
It is determined by the withstand voltage value of i1 between the anodes and the characteristics of the element.
次に第1図(b)に示1ように、埋め込みn“第2ゲー
ト領域12を形成するための選択拡散を行なう。例えば
マスク材料としてのアルミ13をp形エピタ:1:シャ
ル層上に蒸着し、マスク工程を経て、例えば砒素イオン
△S+を面温度1 x 10” ion 7cm2、加
速電圧80 keVの条件でイオン注入する。イAン注
入後、1150℃で6時間窒素雰囲気中でアニールする
ことにより拡散深さxJき4.6/l!lのn+第2ゲ
ート領域12が形成できる。n+第2ゲート領域12の
拡散深さXJ とn+第2ゲート領域12間の間隔は、
本発明のDO8I’l”hV、の第2ゲートによる電圧
和muを決定1Jる要因となる。電圧増幅率μは、逆方
向グー1へ電圧(Vetにまたは+■(,2八)とオフ
電圧VAToの比である。n+第2ゲート領域12の形
成は熱拡散で行なってもよいし、不純物bΔSに限らず
燐P等でもよい。As 、 Sb等の混合不純物をドー
プするかドープされたTビ層を用いてもよい。Next, as shown in FIG. 1(b), selective diffusion is performed to form the buried n" second gate region 12. For example, aluminum 13 as a mask material is placed on the p-type epitaxial layer 1. After vapor deposition and a mask process, for example, arsenic ions ΔS+ are implanted under conditions of a surface temperature of 1 x 10" ions 7 cm2 and an acceleration voltage of 80 keV. After implanting ions, the diffusion depth xJ was increased to 4.6/l by annealing at 1150°C for 6 hours in a nitrogen atmosphere! 1 of n+ second gate regions 12 can be formed. The diffusion depth XJ of the n+ second gate region 12 and the distance between the n+ second gate region 12 are:
This is a factor that determines the voltage sum mu by the second gate of DO8I'l''hV of the present invention.The voltage amplification factor μ is the voltage (Vet or It is the ratio of the voltage VATo.The formation of the n+ second gate region 12 may be performed by thermal diffusion, and the impurity is not limited to bΔS, but may also be phosphorus P, etc. It is doped with a mixed impurity such as As, Sb, or the like. A T-bi layer may also be used.
次に第1図(C)に示すように第1ゲート−第2ゲート
間に相当するn−エピタキシャル層14を形成する。例
えば、四塩化ケイ素5iC14とキャリアガスとして水
素H2、不純物源としてP CI! 3を用いた110
0℃の成長で不純物密度上2X1013〜5×101′
CIM−3、例えば厚さ210〜100μ頂程度のn−
エピタキシャル層14を成長させる。シリコンのエピタ
キシャル成長は、1100℃程度の温度で行なうのでn
+第2ゲート領域12からエピタキシャル成長層へのオ
ートドープが起きる。このためn+第2ゲート領域間が
n形不純物密度の大ぎな領域でつながり易くなり、素子
の特性がノーマリオフになり易い。特にノーマリオン形
の素子特性を得る場合にはp形エピタキシャル層を薄く
成長した後にn−■ビタキシャル層14を形成するとよ
い。例えば、四塩化ケイ素3iCf4とキャリアガスと
して水素1−17、不純物源としてBBrBを用いた1
100℃の成長で−11=
不純物密1=IX10 cm 、厚す”:、 1−
371mのp形エビタ4:シャル層を形成した後、5分
間ト12を流し反応管中の1lBr 、をパージしてか
ら1 .1ビタギシトル成長を行なう方法である。n−
工ビタ1.シトル!141/Iの厚さと不純物密度は、
DGSrT−by、の索子耐圧等から決められる6n−
エピタ:t−シー・ル層14を形成した後、第1図(d
)に承りように酸化、マスク1−程後、p+第1ゲー
1〜領[15を形成するためにボロンBを選択的に熱拡
散さt!る。p+第1ゲート領域15の拡散深さXj
とp+第1ゲート領域間の間隔は、本発明のダブルゲー
ト形SIサイリスタの第1グー1へにJ:る電圧利得μ
を決定する要因となる。高抵抗Jビ層の厚さに応じて例
えば、拡散深さXjは3μm〜15μ−程度に選ばれる
。Next, as shown in FIG. 1C, an n-epitaxial layer 14 is formed between the first gate and the second gate. For example, silicon tetrachloride 5iC14 and hydrogen H2 as carrier gas, P CI! as impurity source! 110 using 3
Growth at 0°C increases impurity density from 2x1013 to 5x101'
CIM-3, for example, n- with a thickness of about 210 to 100μ
Epitaxial layer 14 is grown. Epitaxial growth of silicon is performed at a temperature of about 1100°C, so n
+Autodoping from the second gate region 12 to the epitaxial growth layer occurs. For this reason, the n+ second gate regions are likely to be connected in a region with a high n-type impurity density, and the characteristics of the device are likely to become normally-off. Particularly in order to obtain normally-on type device characteristics, it is preferable to form the n--bitaxial layer 14 after growing a thin p-type epitaxial layer. For example, 1 using silicon tetrachloride 3iCf4, hydrogen 1-17 as a carrier gas, and BBrB as an impurity source.
Growth at 100℃ -11 = Impurity density 1 = IX10 cm, thickness: 1-
371m of p-type Evita 4: After forming a shall layer, flush the tank 12 for 5 minutes to purge 1lBr in the reaction tube. This is a method of 1 bitagiliter growth. n-
Kobita 1. Sittle! The thickness and impurity density of 141/I are
6n- determined from the cord breakdown voltage etc. of DGSrT-by.
Epitaph: After forming the t-seal layer 14, as shown in FIG.
) After oxidation and mask 1- or so, boron B is selectively thermally diffused to form the p+ first gate region [15 t! Ru. p+diffusion depth Xj of first gate region 15
The distance between the first gate region and the p+ first gate region is J: the voltage gain μ to the first gate region of the double gate SI thyristor of the present invention.
This is the determining factor. Depending on the thickness of the high-resistance JV layer, for example, the diffusion depth Xj is selected to be approximately 3 .mu.m to 15 .mu.m.
次に第1図(e )に示1ように0+カソード領域17
を形成する。n+カンード領域17の不純物密度は大ぎ
く、又、拡散深さXj は小さい方がオン抵抗が低下し
、素子特性も向、ト1゛る0木製造方法では、浅くかつ
高maのn十カソード領域を実現するために、燐Pをド
ーピングしたCVDポリシリコンを拡散源としてn十カ
ソード領域17を形成し、CVDポリシリコンW41B
をアルミ電極とn+カソード領域17のバッファ層とし
て用いる。例えば、n+カソード領域17に不純物を拡
散させるためのマスク工程後、S I @ 4とキャリ
アとして1」2、不純物源としてPCf、を用いる系で
700℃、45分間の成長で約3500Aの燐ドープポ
リシリコン層を形成する。その侵、950℃、20分ア
ニールすることで例えば拡散深さy、 J−Q、5〜0
.9μmのn+カソード領域が形成できる。その後、周
知のマスク工程を経て、プラズマ1ツヂングによりポリ
シリコン層をパターンニングして、ポリシリコン領域1
8を形成する。更にp 第1ゲート領域15とアルミ電
極とのコンタクトホールをあけた後、シリコン窒化膜を
デポジションする。このシリコン窒化膜層19は、n+
第2ゲート領域12の一部を露出させ、第2ゲー1へ電
極を段するlこめのシリ」ンエッチングのマスク4rA
F+どして用いる。シリコン窒化膜は、例えばN11
3どSil+4と二1−ヤリアガスとして1−12を用
いる系で780℃、15分の成長で約1300Δ稈度J
11槓j% 1)ることができる。この工程で使用号る
シリコンエツチングのマスク材料の特f1どしくリン求
されるのは、それ以前の工程ぐ形成されCいる不純物プ
ロファイルを変えない程痕の低温で形成でさることと、
シリコンとのエツチング選択比が大きいことであり、C
V D S n O2、CV I) S I O2等も
用いることができる。マスク工程後、窒化膜をプラズマ
エツチングて゛パターンニングし、更にプラズマ1ツヂ
ングで取り除いたシリ:1ン窒化膜の下に形成されてい
たシリ:1ン窒化膜をエツチングする。その後、シリ丁
1ン窒化膜層19をマスクとしてn :I−ピタキシ
t・ル層14をエツチングし、n+第2ゲート領域12
の一部を露出させる。このシリ丁lン丁ツブ−ングはプ
ラズマエツチングまたはケミカルウ]−ツ1〜Jツチン
グで行なわれる。n+ゲート領域12が露出したかど゛
)かは、四探針法による抵抗率の測定でモニターできる
。例えば、t−I F : HNOa :C1−13C
OOH−15: 100 : 5の体積比のエツチング
液で室温において10μlIl/n+in程麿のエツチ
ングレートでシリコンがエツチングされる。上記のシリ
コンエツチング■稈により露出したp+領領域表面不純
物密度は、シリコンエツヂングの制御性やウニへ面内の
エツチング深さの分布等により、かなり低下している部
分がある可能性がある。そのことによりアルミ電極との
接触抵抗が大きくなり、DGS[Thy、のスイッヂン
グ特性の低下をまねく。上記の問題点を解決づるために
、第1図(f)に示すJ:うにシリ」ン■ツヂング後に
n+第2ゲート領域12の表面露出部分に燐Pをイオン
注入覆る。マスク材料としては、例えばアルミを用いる
。加速電圧80keVで、3x 101Ston 10
R2の燐をイオン注入後、950℃で20分アニールす
ることにより数Ω/口のシート抵抗が得−15=
られる。Next, as shown in FIG. 1(e), the 0+ cathode region 17
form. The impurity density in the n+ cathode region 17 is large, and the smaller the diffusion depth Xj, the lower the on-resistance and the better the device characteristics. In order to realize this region, an n0 cathode region 17 is formed using CVD polysilicon doped with phosphorus P as a diffusion source, and CVD polysilicon W41B is
is used as an aluminum electrode and a buffer layer for the n+ cathode region 17. For example, after a mask process for diffusing impurities into the n+ cathode region 17, about 3500 A of phosphorus doping is performed by growing at 700°C for 45 minutes in a system using S I@4, 1''2 as a carrier, and PCf as an impurity source. Form a polysilicon layer. For example, by annealing at 950°C for 20 minutes, the diffusion depth y, J-Q, 5 to 0
.. A 9 μm n+ cathode region can be formed. After that, through a well-known mask process, the polysilicon layer is patterned by plasma 1 zing, and the polysilicon region 1 is patterned.
form 8. Furthermore, after forming a contact hole between the first gate region 15 and the aluminum electrode, a silicon nitride film is deposited. This silicon nitride film layer 19 has n+
A silicon etching mask 4rA that exposes a part of the second gate region 12 and steps the electrode to the second gate 1.
Use F+. The silicon nitride film is, for example, N11.
In a system using 3D Sil+4 and 1-12 as the 21-Yaria gas, growth at 780℃ for 15 minutes resulted in approximately 1300Δ culm degree J.
11% 1) It is possible. The silicon etching mask material used in this process must be formed at a low temperature that does not change the impurity profile formed in the previous process.
It has a high etching selectivity with silicon, and C
V D S n O2, CV I) S I O2, etc. can also be used. After the mask process, the nitride film is patterned by plasma etching, and the Si:1-nitride film formed under the Si:1-nitride film removed by plasma etching is further etched. Then, using the silicon nitride film layer 19 as a mask, the n:I-pitaxylene layer 14 is etched, and the n+ second gate region 12 is etched.
expose a part of This etching is performed by plasma etching or chemical etching. Whether the n+ gate region 12 is exposed or not can be monitored by measuring resistivity using the four-probe method. For example, t-IF: HNOa: C1-13C
OOH-15: Silicon is etched with an etching solution having a volume ratio of 100:5 at an etching rate of about 10 μl Il/n+in at room temperature. There is a possibility that the surface impurity density of the p+ region exposed by the above-mentioned silicon etching culm is considerably reduced in some parts depending on the controllability of silicon etching and the distribution of etching depth within the surface. This increases the contact resistance with the aluminum electrode, leading to a decrease in the switching characteristics of the DGS [Thy]. In order to solve the above-mentioned problem, phosphorus P is ion-implanted to cover the exposed surface portion of the n+ second gate region 12 after the silicon cladding shown in FIG. 1(f). For example, aluminum is used as the mask material. Accelerating voltage 80keV, 3x 101Ston 10
After ion implantation of phosphorus R2, annealing is performed at 950° C. for 20 minutes to obtain a sheet resistance of several Ω/hole.
次に第1図((J )に示づように電極としてのアルミ
を蒸着しパターンニングする。アルミ電極のマスク工程
は、11−]ピ全タキシ1フル14の厚みが比較的浅く
、又、oGsiT’hV、のアルミ電極パターンの間隔
が比較的広ければ、1回で行なえる。しかし、n″″J
ビタキシ1アル層14層厚4場合や、アルミ電極パター
ンが細く、間隔が狭い場合には、カソード雷神21、第
1ゲート電極22、第2ゲー1−市ejj23のマスク
工程を別に行なう方がJ、い。更に、アルミ電極のマス
ク工程の前にシリーlンTツブングした部分をレジス1
〜!A II+ 、ポリイミド系樹脂やc■Dポリシリ
コン膜あるい(まCVD5i02膜等で埋めて平坦化す
ることで、より微細イ「電極もパターンニングできる。Next, as shown in FIG. 1 ((J)), aluminum as an electrode is deposited and patterned.The masking process of the aluminum electrode is performed so that the thickness of the 11-]pi full taxi 1 full 14 is relatively shallow, and oGsiT'hV, if the interval between the aluminum electrode patterns is relatively wide, it can be done in one time.However, n''''J
If the bitaxy 1 aluminum layer is 14 layers thick, or if the aluminum electrode pattern is thin and the spacing is narrow, it is better to perform the masking process for the cathode Raijin 21, the first gate electrode 22, and the second gate electrode 23 separately. ,stomach. Furthermore, before the masking process of the aluminum electrode, the part where the series T was formed was resist 1.
~! By filling and planarizing with AII+, polyimide resin, cD polysilicon film (or CVD5i02 film, etc.), even finer electrodes can be patterned.
以上の製造方法によれば、8回のマスク工程と比較的容
易なブ[II?ス挾術でDGSIThy。According to the above manufacturing method, eight mask steps and a relatively easy process [II? DGSIThy with Susakujutsu.
を大川することができる。Can be Okawa.
次にDGSTThy、の動作を説明11−る、、DG−
16=
81丁hy、がオフしている状態では、第1ゲート領域
間のチャンネル領域に生じるポテンシャルの鞍点部であ
る第1の真のグー1一点での電位障壁は充分高く保たれ
、カソードからチャンネルへの電子の注入は、抑えられ
ている。同じ様に、第2ゲート領域間のチャンネル領域
に生じるポテンシャルの鞍点部である第2の真のゲート
点での電位障壁も充分高く保たれ、アノードからチャン
ネルへの正孔の注入も抑えられている。次に、DGSI
Thy、をオンさせるために、第1ゲート及び第2ゲー
トに順バイアスを印加する。第1ゲー1へ領域が順バイ
アスされると第1の真のゲート点の電位障壁が低くなり
、カソードからチャンネルへの電子の注入が増加する。Next, we will explain the operation of DGSTThy, 11-ru, DG-
16=81dhy, is off, the potential barrier at the first true point 1, which is the saddle point of the potential generated in the channel region between the first gate regions, is kept sufficiently high, and the potential barrier from the cathode to Electron injection into the channel is suppressed. Similarly, the potential barrier at the second true gate point, which is the saddle point of the potential generated in the channel region between the second gate regions, is kept sufficiently high, and the injection of holes from the anode to the channel is also suppressed. There is. Next, DGSI
In order to turn on Thy, a forward bias is applied to the first gate and the second gate. Forward biasing the region to the first gate 1 lowers the potential barrier at the first true gate point and increases electron injection from the cathode to the channel.
一方、第2ゲート領域が順バイアスされ第2の真のゲー
ト点の電位障壁が低下することで、アノードからチャン
ネルへの正孔の注入も増加する。注入された電子は第2
ゲート領域に蓄積し、第2の真のゲート点の電位障壁は
、より低下し、正孔の注入が更に増加する。注入された
正孔は、第1ゲート領域に蓄積し、第1の真のゲート点
の電位障壁はJ、り低下し、電子の注入も更に増加でる
。遂には、I) Q S I 1’−hy、はターン・
オンする。tl−ゲート形s+1−hy、と比較して、
DGSNTby、は、2つのゲートのポテンシャルを同
時に下げることができるため、ターン・オン速度が速い
3.又、第2ゲート構造により正孔の注入効率6 tr
i−ゲート構造に比べ上がるから、Aン電Lt b低下
する。次にDGSIThy、をオフさぜるために、第1
ゲート及び第2ゲートに逆バイアスを印加でる。第1ゲ
ート領域が逆バイアスされると、第1ゲート領域付近に
蓄積している電子及びチャンネル中の電子が、第1ゲー
ト領域から吸い出され、第1の真のゲート点の電位障壁
が高くなり、カソードからの電子の注入が11−めIう
れる。、同時に、第2ゲート領域が逆バイアスされるこ
とで、第2ゲート領°域付近に蓄積している正孔及びチ
ャンネル中の正孔が第2ゲート領域から吸い出され、第
2の真のゲート点の電位障壁が高くなりアノードからの
正孔の注入が止められる。電子及び正孔の注入が閉止さ
れるとDGSIThy、は、ターン・オフする。単一ゲ
ート形5IThV。On the other hand, since the second gate region is forward biased and the potential barrier at the second true gate point is lowered, the injection of holes from the anode to the channel also increases. The injected electrons are the second
Accumulating in the gate region, the potential barrier at the second true gate point becomes lower, further increasing hole injection. The injected holes accumulate in the first gate region, the potential barrier at the first true gate point is lowered by J, and the injection of electrons further increases. Finally, I) Q S I 1'-hy, is the turn
Turn on. Compared to the tl-gate type s+1-hy,
3. DGSNTby has a fast turn-on speed because the potential of two gates can be lowered at the same time. In addition, the hole injection efficiency is 6 tr due to the second gate structure.
Since it increases compared to the i-gate structure, the A current Lt b decreases. Next, to turn off the DGSIThy, the first
A reverse bias can be applied to the gate and the second gate. When the first gate region is reverse biased, the electrons accumulated near the first gate region and the electrons in the channel are sucked out from the first gate region, and the potential barrier at the first true gate point becomes high. Therefore, electrons can be injected from the cathode. At the same time, the second gate region is reverse biased, so that the holes accumulated near the second gate region and the holes in the channel are sucked out from the second gate region, and the second true The potential barrier at the gate point becomes high and the injection of holes from the anode is stopped. DGSIThy turns off when electron and hole injection is closed. Single gate type 5IThV.
では、ターン・オフ時に、第2ベース領域に蓄積してい
る正孔は、再結合で消滅するかあるいはアノード側に流
れ去ることでしか減少しないため、いわゆるティリング
時間がありターン・オフ時間が長くなる。一方、DGS
IThy、では、第2ゲート領域から強制的に正孔を引
き抜くために、ティリングがなくターン・オフ速度は、
大幅に改善される。又、第1ゲート及び第2ゲートのポ
テンシャルを同時に高くするから、キャリアの注入はす
ぐに阻止され、第1及び第2のゲートにお番プる電流利
得も高くなる。Then, at the time of turn-off, the holes accumulated in the second base region can only be reduced by disappearing by recombination or flowing away to the anode side, so there is a so-called tilling time, and the turn-off time is become longer. On the other hand, D.G.S.
In IThy, in order to forcibly extract holes from the second gate region, there is no tilling and the turn-off speed is
Significantly improved. Furthermore, since the potentials of the first and second gates are simultaneously raised, carrier injection is immediately blocked and the current gain flowing to the first and second gates is also increased.
[発明の効果]
以上説明した本発明の実施例のうち、最も基本的な部分
であるところの第1図(a )乃至第1図(0)に示す
実施例の製造方法により製作したDGSIThy、の特
性例を説明する。[Effects of the Invention] Among the embodiments of the present invention described above, DGSIThy manufactured by the manufacturing method of the embodiment shown in FIG. 1(a) to FIG. 1(0), which is the most basic part, An example of the characteristics will be explained.
製作した素子の面積は、1.24X2.34mm 、
チャンネル数66、p″−第1ゲー]−間隔及びn+第
2ゲーI・間隔は10μm、甲イ0チトンネル長は1.
385m+nで(iりる。第1ゲートと第2ゲートのス
1−ノイブは平行に4’r −、) ’Cいる。The area of the manufactured element is 1.24 x 2.34 mm,
Number of channels: 66, p''-first gate]-interval and n+second gate I-interval is 10 μm, tunnel length is 1.
At 385m+n, (i rir. The first and second gates are 4'r-,)'C in parallel.
製作したDGS I 1 hy、の第1ゲート制御によ
る電流−電圧性f1どイのl+、’lの回路を第2図(
a)に、第2グー]−開口11による電流−電JT特竹
とその時の回路を第2図(b )にそれぞれ示づ。第2
図(a )において、第2ゲートは開放状態で測定して
いる。第1グー1へバイアスovでアノード−カソード
間電圧的120Vが阻止されていて、第1ゲートバイア
ス−1,5Vで約180Vが81止されている。第1ゲ
ートバイアス0.6Vでターン・オンしている。第2図
(b)の第2ゲート制罪による電流−電几特竹において
第1ゲートは、開放状態になされている。アノード−第
2ゲート間のバイアス電圧である第2ゲートバイアスO
Vで、約120Vが閉止されていて、第2グー1ヘバイ
アアス−0,6Vでターン・オンしている。ここに示し
7S: D G= 20 −
8IThy、の特性は、第1ゲート制御特性及び第2制
御特性ともにノーマリオフであるが、第1ゲー1へがノ
ーマリオンで第2ゲートがノーマリオフ等の組み合わせ
が考えられる。第3図(a)は1)GSIThV、のス
イッチング波形であり、第1ゲートを電気的に、第2ゲ
ートを光でドライブしたもので、その時の測定回路を第
3図(b)に示す。第3図<a >でV^にはアノード
電圧波形、IAKはアノード電流波形、Volには第1
ゲートをドライブするMOS I−ランリスタに加える
ゲートパルス波形を示している。又、第3図(b)でn
チャンネル5IPTは第2ゲートを光ドライブするため
のnチャンネル静電誘導トランジスタ、pチャンネルM
O8及びnチャンネルMO8は、第1ゲートをドライブ
覆“るためのMOS t−ランリスタ、LQはクエンヂ
光パルスである。又、第3図(b )中で、■(、IT
=1.04Vs VcTIQ= 3.94V、、V
62Q=5.OV、Rt=10にΩ、R2=10にΩ、
R3=100にΩ、R4=500、Vl= 1.82V
1 V2 =3. 5V、V!l −5V、RL−1
00Ωである。第1ゲートドライブのパルス電圧−9,
4V、り■ンヂ光パルス強度10nlW/cm2にJ3
いて、アノード電H:vAK−100V、アノード電流
IAK−1八がターン・オン時間830 ns、ターン
・A゛)時間8 /1. Onsでスイッチングされ−
(いて、シイリングは見られない。なお、アノード電流
1Aは、約30A/CIl+2のアノード電流191f
1αに相当りる。又、アノード電流1A時のAン電1]
−は、1.6vである。D G 84 T hy、のド
ライブ方法としては、第1ゲート及び第2ゲートを光で
ドライブする方法もあるし、勿論、両ゲー1−を電気的
にドライブしてもあるいは第1ゲートを電気的に第2ゲ
ートを光でドライブし’(”t> J:い。The circuit of current-voltage characteristics f1, l+,'l by the first gate control of the fabricated DGS I 1 hy is shown in Figure 2 (
In Fig. 2(b), the current generated by the second goo (a) and the electric current generated by the opening 11 and the circuit at that time are shown in Fig. 2(b). Second
In Figure (a), measurements were taken with the second gate open. A voltage of 120V between the anode and the cathode is blocked with a bias of 1 to the first gate, and a voltage of about 180V is blocked with a first gate bias of -1.5V. It is turned on at the first gate bias of 0.6V. The first gate is in an open state in the electric current-electric control circuit shown in FIG. 2(b) due to the second gate control. The second gate bias O is the bias voltage between the anode and the second gate.
V, approximately 120V is closed, and the second group 1 is turned on at bias -0.6V. The characteristics of 7S: DG = 20 - 8IThy shown here are that both the first gate control characteristic and the second control characteristic are normally off, but there are combinations such as the first gate being normally on and the second gate being normally off. Conceivable. FIG. 3(a) shows the switching waveform of 1) GSIThV, in which the first gate is driven electrically and the second gate is driven optically, and the measurement circuit at that time is shown in FIG. 3(b). In Figure 3 <a>, V^ is the anode voltage waveform, IAK is the anode current waveform, and Vol is the first
It shows the gate pulse waveform applied to the MOS I-run lister that drives the gate. Also, in Figure 3(b), n
Channel 5IPT is an n-channel static induction transistor for optically driving the second gate, p-channel M
O8 and n-channel MO8 are MOS t-run listers for driving and overturning the first gate, and LQ is a quenching optical pulse. In addition, in FIG. 3(b),
=1.04Vs VcTIQ=3.94V,,V
62Q=5. OV, Ω at Rt=10, Ω at R2=10,
R3=100Ω, R4=500, Vl=1.82V
1 V2 = 3. 5V, V! l-5V, RL-1
00Ω. Pulse voltage of the first gate drive -9,
4V, Rinji light pulse intensity 10nlW/cm2 J3
, anode voltage H: vAK-100V, anode current IAK-18, turn-on time 830 ns, turn-on time 8/1. Switched by Ons-
(The anode current 1A is equal to the anode current 191f of approximately 30A/CI1+2.)
It is equivalent to 1α. Also, A current 1 when the anode current is 1A]
- is 1.6v. As a driving method for D G 84 T hy, there is a method of driving the first gate and the second gate with light, and of course, it is also possible to drive both gates 1- electrically, or to drive the first gate electrically. Drive the second gate with light.
本発明による製造方法にJζす、マスク枚数8枚の比較
的容易な1程で、高効率、高速のDGSIThy・、が
実現ぐきる。本発明は、特に、中小電力部門での高速、
高効率イ【スイッチング素子を提供し、工業的価値が高
い。According to the manufacturing method according to the present invention, high efficiency and high speed DGSI can be achieved with a relatively easy process of using 8 masks. The present invention is particularly suitable for high speed, small and medium power sectors.
Provides high-efficiency switching elements and has high industrial value.
第1図(a)乃至第1図(a )は本発明のDGsy−
rhy、の製造方法の実施例を示す断面図、第2図(a
)はDGSIThy、の第1ゲート制御による電流−電
圧特性を示すオシロ波形の写真ど回路図、第2図(b)
はDGSIThy。
の第2ゲート制御による電流−電圧特性を示すオシロ波
形の写真と回路図、第3図(a)はDGSIThy、の
スイッチング波形を示すオシロ波形の写真、第3図(b
)はoGsrrhy、のスイッチング測定回路図である
。
10・・・p+シリコンウェハ、11・・・p(p)エ
ピタキシャル層、12・・・n+第2ゲート領域、13
.20・・・マスク用アルミ、14・・・n−エピタキ
シャル層、15・・・p+第1ゲート領域、16・・・
シリコン酸化膜、17・・・n+カソード領域、18・
・・ポリシリコン領域、19・・・シリコン窒化膜層、
21・・・カソード電極、22・・・第1ゲート電極、
23・・・第2ゲート電極、24・・・アノード電極
= 23 −
r−ど5\
も A
〆−1
(〕
r)
\←)
q屯
と−1
1も
VGIK(V)
<aン
VG2A(V)
(ト)
ts2図FIGS. 1(a) to 1(a) show the DGsy-
2 (a) is a cross-sectional view showing an example of the manufacturing method of rhy.
) is a photo and circuit diagram of the oscilloscope waveform showing the current-voltage characteristics due to the first gate control of DGSIThy, Figure 2(b)
is DGSIThy. Figure 3(a) is a photograph of an oscilloscope waveform showing the current-voltage characteristics due to the second gate control of DGSIThy, and a circuit diagram thereof.
) is a switching measurement circuit diagram of oGsrrhy. DESCRIPTION OF SYMBOLS 10...p+ silicon wafer, 11...p(p) epitaxial layer, 12...n+ second gate region, 13
.. 20... Aluminum for mask, 14... N- epitaxial layer, 15... P+ first gate region, 16...
Silicon oxide film, 17...n+ cathode region, 18.
...Polysilicon region, 19...Silicon nitride film layer,
21... Cathode electrode, 22... First gate electrode,
23... Second gate electrode, 24... Anode electrode = 23 - r-do5\mo A 〆-1 (] r) \←) qtun and -1 1 also VGIK (V) <a-an VG2A (V) (G) ts2 diagram
Claims (2)
域に隣接する第1の導電形の第1の低不純物密度領域と
、前記第1の低不純物密度領域に隣接する第2の導電形
の第2の低不純物密度領域と、前記第2の低不純物密度
領域に隣接し前記第2の低不純物密度領域よりも高不純
物密度を有する第2の導電形のカソード領域と、前記第
2の低不純物密度領域に隣接し前記第2の低不純物密度
領域との間に第1のpn接合を形成する第1の導電形の
表面ゲート領域と、前記第1の低不純物密度領域と前記
第2の低不純物密度領域に隣接し前記第1の低不純物密
度領域との間に第2のpn接合を形成する第2の導電形
の埋め込みゲート領域と、前記カソード領域上に形成さ
れた第2の導電形の多結晶シリコン領域と、前記多結晶
シリコン領域上に形成されたカソード電極と、前記アノ
ード領域の表面露出部分に設けられたアノード電極と、
前記表面ゲート領域の表面露出部分に形成された第1の
ゲート電極と、前記埋め込みゲート領域の表面露出部分
に形成された第2ゲート電極とを有し、前記アノード電
極と前記カソード電極の間を流れる電流が、前記第1の
ゲート電極と前記カソード電極の間に加える電圧及び前
記第2のゲート電極と前記アノード電極の間に加える電
圧により制御されることを特徴とするダブルゲート静電
誘導サイリスタの製造工程であり、第1の導電形の半導
体基体の表面に第1の導電形の第1の低不純物密度シリ
コンエピタキシャル層を成長させる第1の工程と、前記
半導体基体及び前記第1の低不純物密度シリコンエピタ
キシャル層の表面露出部分を酸化した後、マスク工程を
経て、第2の導電形の不純物を拡散させて、前記埋め込
みゲート領域を形成する第2の工程と、前記第1の低不
純物密度シリコンエピタキシャル層上に第2の導電形の
第2の低不純物密度シリコンエピタキシャル層を成長さ
せる第3の工程と、前記半導体基体と前記第2の低不純
物密度シリコンエピタキシャル層の表面露出部分を酸化
した後、マスク工程を経て、第1の導電形の不純物を拡
散させて、前記表面ゲート領域を形成し、前記半導体基
体と前記第2の低不純物密度シリコンエピタキシャルの
表面露出部分を酸化後、前記カソード領域に不純物を拡
散させるためのマスク工程を経て、第2の導電形の多結
晶シリコン層を堆積させ、第2の導電形の不純物を前記
多結晶シリコン層から前記第2の低不純物密度シリコン
エピタキシャル層に拡散させて前記カソード領域を形成
し、さらに、前記多結晶シリコン領域を形成するための
マスク工程後、前記多結晶シリコン層をプラズマエッチ
ングする第5の工程と、シリコン窒化膜等のマスク材料
を付け、マスク工程を経て、前記埋め込みゲート領域の
一部を露出させるために、前記第2の低不純物密度シリ
コンエピタキシャル層をエッチングし、前記埋め込みゲ
ート領域の表面露出部分に第2の導電形の不純物をイオ
ン注入し、アニールする第6の工程と、電極材料を蒸着
し、マスク工程後、前記電極材料をエッチングして前記
カソード電極と前記アノード電極と前記第1のゲート電
極と前記第2のゲート電極とを形成する第7の工程とを
含むことを特徴とするダブルゲート静電誘導サイリスタ
の製造方法。(1) an anode region of a first conductivity type, a first low impurity density region of the first conductivity type adjacent to the anode region, and a second conductivity type adjacent to the first low impurity density region; a second conductivity type cathode region adjacent to the second low impurity density region and having a higher impurity density than the second low impurity density region; a first conductivity type surface gate region adjacent to the low impurity density region and forming a first pn junction between the first low impurity density region and the second low impurity density region; a second conductivity type buried gate region adjacent to the low impurity density region and forming a second pn junction with the first low impurity density region; and a second conductivity type buried gate region formed on the cathode region. a conductive type polycrystalline silicon region, a cathode electrode formed on the polycrystalline silicon region, and an anode electrode provided on a surface exposed portion of the anode region;
a first gate electrode formed on an exposed surface portion of the front gate region; and a second gate electrode formed on an exposed surface portion of the buried gate region, and between the anode electrode and the cathode electrode. A double gate electrostatic induction thyristor characterized in that a flowing current is controlled by a voltage applied between the first gate electrode and the cathode electrode and a voltage applied between the second gate electrode and the anode electrode. a first step of growing a first low impurity density silicon epitaxial layer of a first conductivity type on the surface of a semiconductor substrate of a first conductivity type; a second step of oxidizing the surface exposed portion of the impurity density silicon epitaxial layer and then diffusing a second conductivity type impurity through a mask step to form the buried gate region; a third step of growing a second low impurity density silicon epitaxial layer of a second conductivity type on the high density silicon epitaxial layer; and oxidizing the exposed surface portions of the semiconductor substrate and the second low impurity density silicon epitaxial layer. After that, a first conductivity type impurity is diffused through a mask step to form the surface gate region, and after oxidizing the surface exposed portions of the semiconductor substrate and the second low impurity density silicon epitaxial layer, A second conductivity type polycrystalline silicon layer is deposited through a mask process for diffusing impurities into the cathode region, and the second conductivity type impurities are transferred from the polycrystalline silicon layer to the second low impurity density silicon layer. A fifth step of plasma etching the polycrystalline silicon layer after the mask step for forming the cathode region by diffusing it into the epitaxial layer and forming the polycrystalline silicon region, and a mask such as a silicon nitride film. The second low impurity density silicon epitaxial layer is etched through a masking process to expose a portion of the buried gate region, and a second conductivity type is applied to the surface exposed portion of the buried gate region. a sixth step of ion-implanting impurities and annealing; depositing an electrode material; and after a masking step, the electrode material is etched to form the cathode electrode, the anode electrode, the first gate electrode, and the second gate electrode; and a seventh step of forming a gate electrode.
電誘導サイリスタの製造方法で、前記第2の工程と前記
第3の工程の間に前記第1の低不純物密度シリコンエピ
タキシャル層上に第1の導電形のシリコンエピタキシャ
ル層を成長させる工程を具備することを特徴とする前記
特許請求の範囲1項記載のダブル ゲート静電誘導サイリスタの製造方法。(2) In the method for manufacturing a double-gate static induction thyristor according to claim 1, between the second step and the third step, the first low impurity density silicon epitaxial layer is A method for manufacturing a double-gate static induction thyristor according to claim 1, further comprising the step of growing a silicon epitaxial layer of the first conductivity type.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP25728585A JPS62117370A (en) | 1985-11-15 | 1985-11-15 | Manufacture of double-gate electrostatic induction thyristor |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP25728585A JPS62117370A (en) | 1985-11-15 | 1985-11-15 | Manufacture of double-gate electrostatic induction thyristor |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS62117370A true JPS62117370A (en) | 1987-05-28 |
JPH0257348B2 JPH0257348B2 (en) | 1990-12-04 |
Family
ID=17304249
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP25728585A Granted JPS62117370A (en) | 1985-11-15 | 1985-11-15 | Manufacture of double-gate electrostatic induction thyristor |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS62117370A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0563471U (en) * | 1992-02-07 | 1993-08-24 | 吉秋 飯田 | Razor handle |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH035350U (en) * | 1989-06-01 | 1991-01-18 | ||
JP2012109601A (en) * | 2012-02-01 | 2012-06-07 | Ngk Insulators Ltd | Semiconductor device |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5399879A (en) * | 1977-02-14 | 1978-08-31 | Hitachi Ltd | Junction-type field effect thyristor |
JPS53124087A (en) * | 1977-04-05 | 1978-10-30 | Mitsubishi Electric Corp | Manufacture of semiconductor device |
JPS55110074A (en) * | 1979-02-19 | 1980-08-25 | Hitachi Ltd | Thyristor |
JPS562667A (en) * | 1979-06-20 | 1981-01-12 | Hitachi Ltd | Semiconductor device and manufacture thereof |
JPS5632794A (en) * | 1979-08-24 | 1981-04-02 | Fujitsu Ltd | Printed board wiring pattern processing system |
JPS5951572A (en) * | 1983-08-20 | 1984-03-26 | Semiconductor Res Found | Semiconductor device |
-
1985
- 1985-11-15 JP JP25728585A patent/JPS62117370A/en active Granted
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JPH0563471U (en) * | 1992-02-07 | 1993-08-24 | 吉秋 飯田 | Razor handle |
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Publication number | Publication date |
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JPH0257348B2 (en) | 1990-12-04 |
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